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芯片知识扫盲闲话 -- 进精华吧

本文发表在 rolia.net 枫下论坛芯片闲话
Mike Spiker

芯片,这些天一直挂在大家嘴边。对芯片的类型也众说纷纭。我想尝试给一头雾水
的网友理理头绪。我本身只算半个行内人(半导体公司的软件人),用自己的理解讲
述,少点技术多点趣闻。真正的行内弟兄见笑了。不妥之处请纠正。

0。分类的分类
芯片可以从不同的角度分类。低级的分类从材料开始,中级的分类从电路集成着手,
中高级分类着眼芯片功能,最高的分类应该是芯片设计方式。从低到高,我尽量集
中精力讲讲中高级以上的东西。

1。第一分类:半导体材料。
芯片的两大材料为 Silicon 与 Germanium。Si芯片最广泛,它具有很好的高温工作
性能。Ge芯片在理想温度下具有更好的导电性。不过,技术方向却是把Si和Ge合成
在一起组成SiGe芯片,两者的优点体现于单一芯片上。

2。第二分类:集成电路工作原理。
芯片上的集成电路可以是CMOS(Complementary Metal-Oxide),或者是TTL (Transistor
- Transistor Logic)。两者的差异在于工作原理。一般来说,CMOS耗电低,TTL速
度快。试问大家:手机里的芯片应该是哪一种?当然,工程师们没忘记“合二为一”
的妙计。猜猜,把CMOS和TTL技术合成单一芯片的技术是什么?BI-CMOS就对了。最
后,和TTL工作原理相似的还有一种ECL电路,不过这种芯片不很常见。

3。第三分类:芯片加工技术
进入了Sub-Micron “次微米”时代的半导体工业突飞猛进,越过了半微米,四分一
微米,等等门槛,到达了“深次微米”的意境。然后,0.18微米芯片,0.13微米芯
片,又迅速被抛到后面了。以0.13微米芯片为基础的电子产品甚至还没传到消费者
手里,90纳米,或,0.09微米技术已经如火如荼了。最新一代的INTEL,XILINX,NATIONAL等
公司的芯片就是建立在0.09微米技术上的,这边的新产品刚上生产线,那边的研究
部门已经在作0.065微米了。。。中国啊,任重道远!

一微米 = 百万分之一米。0.065微米,或65纳米,意味着加工技术能把芯片里的半
导体电路的线宽做到0.065微米。业内人士更倾向于“65NM”的讲法。电路越来越小,
密度越来越高,功能越趋完美,价钱越来越低。

4。第四分类:工作方式
芯片的工作方式有两种:Analog 和 Digital。处理声,光,无线信号等物理现象的
是Analog 芯片。用半导体来控制电压高低用以代表1和0,并以此进行逻辑计算的是
Digital 芯片。

5。第五分类:功能
这个分类方法应该是最复杂,也是最常用。有三大芯片功能种类:处理器,记忆,
特定功能。
5.1。处理器。处理器又可从其应用范围细分为通用处理器,嵌入处理器,数字信号
处理器,数学辅助处理器。大部分处理器都具有用户编程性。常用的编程语言为 C
和 ASSEMBLY。你的电脑里的是通用处理器。你的PDA里面的是嵌入处理器。你的高
清晰电视机里面是数字信号处理器。基本上全部电脑里都有一个专职算术的辅助处
理器。
5.2。记忆芯片。分类复杂的要命。(1)以读写分类,有RAM和ROM。(2)以记忆更新性
分类,有DRAM和SRAM两种芯片。DRAM需要处理器不停地重写来保存信息,便宜,储
量大,速度慢。SRAM写一次就可保留记忆,贵,储量小,速度快。(3)以电源依赖性
分,有 volitile 和non-volitile 记忆芯片。前者断电后记忆消失。后者断电后记
忆保留,保留的记忆,竟然又导致新的分类:non-volitile ROM芯片和non-volitile
可重写芯片。前者如你PDA里面的OS ROM,后者如数字照相机的FLASH。(4)还有其它
各种各样的非主流记忆芯片种类,懒得说了。
5.3。特定功能。比如记忆管理芯片,以太网控制器,IO控制器,等等。

6。第六分类:设计方式
这个分类就是业内人士争得头破血流的“硬”“软”之分。当今的芯片设计有两大
阵营:FPGA 和 ASIC。FPGA是“软”方式。ASIC是“硬”方式。FPAG芯片商大佬为
XILINX和ALTERA。ASIC芯片商多如牛毛:LSI LOGIC,NATIONAL,QUACOMM,TI,SAMSUNG,
PHILIPS,等等。

FPGA是“用户配置逻辑门阵”。ASIC是“专用集成电路”。

“软”阵营自称芯片的前途必然在他们一边。因为“深次微米”技术成为现实,也
因为越来越多的 IP 模块免费赠送,一块FPGA 可以让用户把整个系统,包括处理器,
主线,记忆,多个特定功能,和用户设计逻辑,全部快速地集成到单一芯片。而且,
该FPGA单一芯片可以随时重新配置,设计更新永远不是问题。对中、低生产量厂家
来说,FPGA还节省了一次性芯片设计费用。

“硬”阵营当然不会肚皮朝天的就死去。他们有FPGA难以战胜的武器:芯片单价。
当生产量巨大,一次性设计费用比芯片单价的节省总额还低的情况下,ASIC 几乎是
战无不胜。不过,因为ASIC 是固定的电路,如果设计更新,新一代芯片就要重新设
计,定模,加工。

谁胜谁负,来日方长。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
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    本文发表在 rolia.net 枫下论坛芯片闲话
    Mike Spiker

    芯片,这些天一直挂在大家嘴边。对芯片的类型也众说纷纭。我想尝试给一头雾水
    的网友理理头绪。我本身只算半个行内人(半导体公司的软件人),用自己的理解讲
    述,少点技术多点趣闻。真正的行内弟兄见笑了。不妥之处请纠正。

    0。分类的分类
    芯片可以从不同的角度分类。低级的分类从材料开始,中级的分类从电路集成着手,
    中高级分类着眼芯片功能,最高的分类应该是芯片设计方式。从低到高,我尽量集
    中精力讲讲中高级以上的东西。

    1。第一分类:半导体材料。
    芯片的两大材料为 Silicon 与 Germanium。Si芯片最广泛,它具有很好的高温工作
    性能。Ge芯片在理想温度下具有更好的导电性。不过,技术方向却是把Si和Ge合成
    在一起组成SiGe芯片,两者的优点体现于单一芯片上。

    2。第二分类:集成电路工作原理。
    芯片上的集成电路可以是CMOS(Complementary Metal-Oxide),或者是TTL (Transistor
    - Transistor Logic)。两者的差异在于工作原理。一般来说,CMOS耗电低,TTL速
    度快。试问大家:手机里的芯片应该是哪一种?当然,工程师们没忘记“合二为一”
    的妙计。猜猜,把CMOS和TTL技术合成单一芯片的技术是什么?BI-CMOS就对了。最
    后,和TTL工作原理相似的还有一种ECL电路,不过这种芯片不很常见。

    3。第三分类:芯片加工技术
    进入了Sub-Micron “次微米”时代的半导体工业突飞猛进,越过了半微米,四分一
    微米,等等门槛,到达了“深次微米”的意境。然后,0.18微米芯片,0.13微米芯
    片,又迅速被抛到后面了。以0.13微米芯片为基础的电子产品甚至还没传到消费者
    手里,90纳米,或,0.09微米技术已经如火如荼了。最新一代的INTEL,XILINX,NATIONAL等
    公司的芯片就是建立在0.09微米技术上的,这边的新产品刚上生产线,那边的研究
    部门已经在作0.065微米了。。。中国啊,任重道远!

    一微米 = 百万分之一米。0.065微米,或65纳米,意味着加工技术能把芯片里的半
    导体电路的线宽做到0.065微米。业内人士更倾向于“65NM”的讲法。电路越来越小,
    密度越来越高,功能越趋完美,价钱越来越低。

    4。第四分类:工作方式
    芯片的工作方式有两种:Analog 和 Digital。处理声,光,无线信号等物理现象的
    是Analog 芯片。用半导体来控制电压高低用以代表1和0,并以此进行逻辑计算的是
    Digital 芯片。

    5。第五分类:功能
    这个分类方法应该是最复杂,也是最常用。有三大芯片功能种类:处理器,记忆,
    特定功能。
    5.1。处理器。处理器又可从其应用范围细分为通用处理器,嵌入处理器,数字信号
    处理器,数学辅助处理器。大部分处理器都具有用户编程性。常用的编程语言为 C
    和 ASSEMBLY。你的电脑里的是通用处理器。你的PDA里面的是嵌入处理器。你的高
    清晰电视机里面是数字信号处理器。基本上全部电脑里都有一个专职算术的辅助处
    理器。
    5.2。记忆芯片。分类复杂的要命。(1)以读写分类,有RAM和ROM。(2)以记忆更新性
    分类,有DRAM和SRAM两种芯片。DRAM需要处理器不停地重写来保存信息,便宜,储
    量大,速度慢。SRAM写一次就可保留记忆,贵,储量小,速度快。(3)以电源依赖性
    分,有 volitile 和non-volitile 记忆芯片。前者断电后记忆消失。后者断电后记
    忆保留,保留的记忆,竟然又导致新的分类:non-volitile ROM芯片和non-volitile
    可重写芯片。前者如你PDA里面的OS ROM,后者如数字照相机的FLASH。(4)还有其它
    各种各样的非主流记忆芯片种类,懒得说了。
    5.3。特定功能。比如记忆管理芯片,以太网控制器,IO控制器,等等。

    6。第六分类:设计方式
    这个分类就是业内人士争得头破血流的“硬”“软”之分。当今的芯片设计有两大
    阵营:FPGA 和 ASIC。FPGA是“软”方式。ASIC是“硬”方式。FPAG芯片商大佬为
    XILINX和ALTERA。ASIC芯片商多如牛毛:LSI LOGIC,NATIONAL,QUACOMM,TI,SAMSUNG,
    PHILIPS,等等。

    FPGA是“用户配置逻辑门阵”。ASIC是“专用集成电路”。

    “软”阵营自称芯片的前途必然在他们一边。因为“深次微米”技术成为现实,也
    因为越来越多的 IP 模块免费赠送,一块FPGA 可以让用户把整个系统,包括处理器,
    主线,记忆,多个特定功能,和用户设计逻辑,全部快速地集成到单一芯片。而且,
    该FPGA单一芯片可以随时重新配置,设计更新永远不是问题。对中、低生产量厂家
    来说,FPGA还节省了一次性芯片设计费用。

    “硬”阵营当然不会肚皮朝天的就死去。他们有FPGA难以战胜的武器:芯片单价。
    当生产量巨大,一次性设计费用比芯片单价的节省总额还低的情况下,ASIC 几乎是
    战无不胜。不过,因为ASIC 是固定的电路,如果设计更新,新一代芯片就要重新设
    计,定模,加工。

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    • 谢谢扫盲!
    • good!
    • 又学会一招, 以后写帖子, 不要忘记加一句"进精华吧".
    • ding
    • 一般用FPGA的多是小厂家, ASIC多半是大姥
    • pretty good